Источник: http://exkavator.ru/articles/fueluse/~id=8280
Автор: Калабин Е.В., руководитель проекта ЗАО "ПРИН"
Говорят, что по состоянию дорог в государстве можно судить о его уровне развития. Создать качественную дорогу и при этом еще сэкономить деньги и время – задача не из простых. Тем не менее, есть масса возможностей добиться этого. Рассмотрим один из самых передовых и эффективных – Системы Управления Строительной Техникой Автоматические, или сокращенно СУСТАВ.
Любое строительное производство, связанное с земляными работами, обычно состоит из пяти этапов: съемки, подготовки проекта, выноса проекта в натуру, выполнения земляных работ и контроля подготовленной поверхности. Использование СУСТАВ позволяет ограничиться только тремя, совмещая в один этапы разбивки, выполнения земляных работ и контроля.
В настоящий момент корпорацией "TOPCON", занимающей лидирующее положение среди производителей систем управления строительной техникой, разработаны и успешно эксплуатируются системы для автогрейдеров, бульдозеров, экскаваторов, асфальтоукладчиков и других машин.
Основная идея использования СУСТАВ – определение положения и управление рабочим органом машины непосредственно в процессе земляных работ с целью копирования проекта на местности с максимально возможной точностью, поскольку требования к строительным объектам постоянно растут. Все чаще используются современные качественные и нередко дорогостоящие материалы. При этом строительные компании, выполняющие работы, заинтересованы в быстрой и точной реализации проекта с максимально возможной экономией материалов.
Все системы управления строительной техникой по принципу работы делятся на две большие категории: индикаторные и автоматические. Индикаторные системы предоставляют оператору возможность ручного управления рабочим органом машины, оценивая визуальную информацию, отображаемую во время работы специальными свето-индикаторами. Данные системы дешевле и конструктивно проще, но не обеспечивают такой высокой эффективности, как автоматические (СУСТАВ). Последние же требуют непосредственного подключения к гидравлической системе управления рабочим органом машины и обеспечивают выполнение земляных работ в автоматическом режиме при полном соответствии проекту.
По принципу задания и использования проектной информации системы управления подразделяются на 2D и 3D.
2В-системы требуют закрепления на местности проектных направлений и плоскостей. При этом обеспечивается подготовка земляного полотна в соответствии с заданными высотами и уклонами. В основном данные системы используются при работе с достаточно простыми проектами: подготовка ровных площадок, профилирование прямых участков дорог, рытье котлованов и траншей... Проект задается на местности провешиванием монтажных струн, фиксирующих направление работ и копирующих положение проектного профиля, или лазерных построителей плоскости, создающих на объекте ровные опорные поверхности, горизонтальные или с уклонами по двум направлениям.
Самыми эффективными при производстве земляных работ являются ЗО-системы. Они полностью лишены ограничений, присущих системам 2D. Машина, оснащенная такой системой, может свободно перемещаться по всему рабочему объекту, выполняя подготовку поверхности с точностью 1-2 см в плане и по высоте с выдержкой необходимых уклонов. При этом работа может выполняться в любое время суток и в любую погоду. В настоящий момент компанией «TOPCON» предлагаются два типа систем 3D: 3D LPS и 3D GPS, использующие в качестве основных измерительных средств, соответственно, роботизированные электронные тахеометры и приемники сигналов спутников GPS+DIOHACC.
Системы 3D LPS обеспечивают наилучший контроль положения рбочего органа машины с точностью нескольких мм, но имеют ряд недостатков. Установленный на рабочем объекте тахеометр может одновременно следить за работой только одной машины, и при этом требуется прямая видимость между ними. Ограничивается и общее количество машин на одном объекте, оснащенных системами 3D LPS, поскольку каждой машине необходим дорогостоящий «персональный» тахеометр. Тем не менее, сейчас это самый точный способ выполнения земляных работ. Чаще всего системы 3D LPS эксплуатируются на грейдерах. Для начала в бортовой компьютер загружаются данные рабочего проекта. Тахеометр устанавливается инженером на объекте на известную точку и ориентируется. Данная процедура проста и требует всего нескольких минут. На отвале закрепляется мачта со специальным отражателем кругового обзора. Далее определяются геометрические параметры положения отражателя относительно режущей кромки отвала и заносятся в бортовой компьютер.
В процессе работ тахеометр непрерывно отслеживает перемещения машины и измеряет координаты отражателя. Полученные результаты передаются по оптическому каналу в бортовой компьютер машины, где координаты редуцируются на режущую кромку. Затем эти данные сравниваются с проектом, загруженным в память блока управления, и при необходимости вносятся корректировки в положение отвала путем воздействия на систему гидропривода. Процесс управления отвалом полностью берет на себя автоматика. Оператору машины необходимо лишь выбирать направление движения. В процессе работы все компоненты системы постоянно контролируются на возможные ошибки или сбои. Эта информация также доступна на экране бортового компьютера.
Системы 3D GPS полностью лишены недостатков тахеометрических систем. Один базовый приемник обеспечивает одновременную работу на объекте в диапазоне нескольких километров всего возможного парка машин и не требует прямой видимости, т.к. для передачи основной координатной информации используется радиоканал. Для обеспечения работы строительной машины используется один общий базовый приемник GPS, устанавливаемый на точке с известными координатами, и бортовой приемник, размещаемый в кабине. Приемная антенна закрепляется на отвале и соединяется с приемником кабелем. Традиционный комплект системы 3D GPS, помимо приемника и бортового компьютера, включает в себя датчик вращения отвала, датчики поперечного и продольного уклона, а также комплект гидравлических клапанов для конкретной модели машины. Все компоненты системы соединены друг с другом кабелями. Конструкция датчиков, крепежных кронштейнов и их размещение на машине никак не влияют на работу основных подвижных узлов и агрегатов машины.
Датчик вращения размещается на оси круга отвала, датчик поперечного наклона - на круге отвала, датчик про¬дольного уклона - на раме грейдера. Установка гидравлических клапанов не вызывает никакого изменения технических характеристик машины. После установки компонентов системы на технику выполняется замер геометрических параметров и калибровка датчиков. Этот процесс в зависимости от опыта оператора занимает 20-30 минут. Эти необходимые для работы данные заносятся в память бортового компьютера и сохраняются в ней постоянно до следующей калибровки.
Таким образом, нет необходимости выполнять калибровку каждый день.
Для полноценного функционирования системы 3D необходимо загрузить проект в цифровом виде в бортовой компьютер.
Такой проект может быть подготовлен любой программой, формирующей трехмерную модель рельефа. Подавляющая часть программных средств типа AutoCAD идеально подходит для этой задачи. Очень важно, что при выполнении земляных работ используется первоисточник, а именно те данные, которые непосредственно подготавливает сам проектировщик, без каких-либо изменений и возможных ошибок. Обязанность сравнивать в процессе работы текущую поверхность с проектом берет на себя бортовой компьютер.
С его помощью оператор может контролировать весь процесс выполнения работы, при необходимости отключать систему от управления грейдером или переходить к работе вручную или в индикаторном режиме. Для удобства такой переключатель выносится на одну из управляющих отвалом рукояток. В процессе работы оператор может вывести на экран компьютера любую интересующую его информацию: о текущем плановом положении машины на объекте; о высотном положении отвала относительно проекта. Кроме того, можно выполнять грейдирование, опираясь на положение важных линейных объектов относительно любой точки отвала, например оси или границ дороги, бордюрного камня.
При выполнении работ в автоматическом режиме оператор может свободно манипулировать разворотом отвала, его наклоном и поперечным смещением относительно самой машины, в зависимости от условий рельефа и качества грунта. Опыт показывает, что после овладения азами управления машиной и системой 3D GPS даже новичок способен выполнить подготовку поверхности, полностью соответствующей проекту, максимально быстро и независимо от сложности проекта. Преимущества использования систем 3D GPS очевидны: нет необходимости в сложном выносе в натуру (машина уже работает с проектными данными) и тщательном контроле, т.к. последний обеспечивается непосредственно в процессе выполнения самих земляных работ.
В любой момент оператор может задать отвалу смещение по высоте относительно проекта, чтобы подготовить предварительную поверхность для последующей укатки с просадкой или под верхнее покрытие (асфальт и т.п.). Работа с системой проста и интуитивна, бортовой компьютер не имеет рабочих клавиш. Ввод данных или выбор рабочих режимов осуществляется непосредственным нажатием на соответствующие области экрана. По окончании работ основные компоненты системы – приемник GPS, бортовой компьютер – могут быть быстро сняты с машины, предотвращая возможные случаи вандализма.
Постоянное стремление компании «TOPCON» к повышению точности грейдирования привело к появлению принципиально новой технологии mmGPS. Данная технология объединяет возможность определения координат отвала с точностью нескольких мм по высоте при использовании спутниковых измерений GPS+ГЛОНАСС в реальном времени совместно с лазерной системой Laser-Zone.
Laser-Zone включает в себя три компонента: лазерный инструмент PZL-1, мобильный датчик PZS-1 для установки на обычную съемочную вешку, надежный датчик PZS-MC для установки на строительную машину.
PZL-1 формирует в пространстве рабочую зону радиусом 300 м и высотой 10м, создаваемую вращающимся лазерным лучом. Внутри этой "лазерной зоны" датчик PZS-1 или PZS-MC мгновенно определяет свое высотное положение относительно лазерного источника PZL-1, которое учитывается в измеренных с помощью GPS координатах. Для крупных объектов протяженностью до 1200 м или объектов с перепадами высот до 40 м можно комбинировать до 4 одновременно работающих передатчиков PZL-1.
В заключение хочется отметить, что использование систем СУСТАВ кардинально меняет производство строительных работ и определяется следующими преимуществами:
• снижением доли инженерных работ (вынос в натуру, полевой контроль);
• подготовкой проектной поверхности за меньшее количество проходов (сокращение времени работ);
• точностью выполнения земляных работ: 0,5-2см (строгое соответствие проекту);
• автоматическим выводом проектного уклона;
• экономией топлива и моторесурса техники;
• простой настройкой и работой с системами.
Таким образом, обеспечивается значительное увеличение эффективности и продуктивности производства земляных работ.